Bab III

Perancangan Lay Out dan Perumusan Parameter-parameter Bus

Tempel Tipe Pendorong

3.1 Perancangan Lay out

Bus tempel tiga gandar yang akan dianalisis pada tugas akhir ini didasarkan

pada produk yang telah ada yaitu Mercedes Benz Citaro-G. Sedangkan bus tempel

empat gandar produknya belum ada sehingga lay out-nya dibuat berdasarkan bus

tempel tiga gandar dan bus standar dua gandar. Ada beberapa ketentuan dalam

pembuatan lay out ini yaitu:

o Panjang total bus tempel 18 m

o Lebar total bus tempel 2,5 m

o Radius putar minimum kurang dari 13 m

o Sudut belok pada bellows kurang dari 500

o Di dalam bus hanya ada penumpang duduk

3.1.1 Bus yang Dijadikan Dasar Pembuatan Lay out Chassis

Gambar 3.1 Bus tempel tipe pendorong Mercedes Benz Citaro-G

Bus tempel Citaro-G pada gambar 3.1 menggunakan chassis buatan MAN.

Oleh karena itu, pada pembuatan lay out ini akan didasarkan pada chassis 18

m dan chassis 12 m buatan MAN. Kedua lay out ini dapat dilihat pada

gambar 3.2

14

Gambar 3.2 Dimensi jarak antargandar dan overhang bus tempel (atas) dan bus

standar (bawah)

Dimensi bus tempel tiga gandar tidak akan diubah. Akan tetapi, dimensi

bus tempel empat gandar merupakan gabungan dimensi chassis bus tempel

dan bus standar. Pada lay out 1 yang berasal dari bus standar adalah unit

belakang (pusher) sedangkan pada lay out 2 yang berasal dari bus standar

adalah unit depan (header). Lay out 1 ditunjukkan pada gambar 3.3 c)

sedangkan lay out 2 ditunjukkan pada gambar 3.3 d).

Gambar 3.3 Dimensi jarak antargandar dan overhang lay out 1 (atas) dan lay out 2

(bawah)

15

3.1.2 Perbandingan Geometri Ackerman

Gambar 3.4 Bus tempel tiga gandar (kiri), bus tempel empat gandar layout 1 (tengah),

dan bus tempel empat gandar layout 2 (kanan)

Dari geometri Ackerman bus tempel pada sudut stir maksimum

diperoleh data sebagai berikut:

Tabel 3.1 Data Geometri Bus Tempel Tipe Pendorong

Jumlah

GandarLayout

Jari-jari

terluar

Jari-jari

terdalam

Lebar jalan

diperlukan

Sudut belok

maksimum

Sudut stir

maksimum

3 - 12,99 m 6,29 m 6,70 m 410 360

4 1 13,28 m 6,80 m 6,48 m 500 220

4 2 12,97 m 5,39 m 7,58 m 500 370

Bus tempel empat gandar lay out 1 memiliki jari-jari terluar melebihi

13 m sehingga tidak sesuai dengan kriteria perancangan lay out padahal sudut

beloknya sudah maksimum. Oleh karena itu pada analisis dinamik hanya akan

dilakukan terhadap bus tempel empat gandar lay out 2.

Jika dilihat dari sudut pandang kinematik, jari-jari terluar dan sudut stir

maksimum bus tempel empat gandar dan tiga gandar memiliki kemiripan

16

tetapi bus tempel empat gandar memerlukan koridor belok lebih lebar. Selain

itu bus tempel empat gandar memiliki sudut belok lebih besar sehingga pada

saat berbelok momen yang diterima unit depan mungkin lebih besar daripada

bus tempel tiga gandar.

Menurut hasil riset UMTRI Universitas Michigan, bus tempel tipe

pendorong memiliki potensi ketidakstabilan pada badan pusher (badan bus

belakang). Cuplikan hasil riset tersebut dijelaskan pada tabel 3.2.

Tabel 3.2 Sifat-sifat Dinamik Bus Tempel Tipe Pendorong dan Bus Standar Kondisi Kosong dengan Input Ramp-step Steer pada Kecepatan 100 km/h. (Fancher, 1981)

Input sudut stir

(0)

Percepatan lateral

kondisi S.S(g)

Waktu respon

kecepatan angular (s)

Waktu respon

percepatan lateral (s)

Overshoot kecepatan angular

(%)

Periode osilasi angular

(s) Badan depan 40 0.12 0.87 1.45 7 - Badan belakang 40 0.12 1.10 1.57 27 2.6 Bus Standar 40 0.16 1.12 1.87 - -

Tabel 3.2 menyebutkan bahwa bus tempel tipe pendorong mengalami

osilasi angular dan overshoot ketika berbelok pada kecepatan 100 km/h.

Osilasi dan overshoot ini harus diredam agar penumpang merasa nyaman

dalam kendaraan. Oleh karena itu, bus tempel tipe pendorong dilengkapi

dengan sambungan bus yang memiliki peredam semi-aktif. Selain itu, tabel

tersebut menyebutkan sifat-sifat dinamik bus standar yang dapat digunakan

sebagai pembanding hasil analisis dinamik dalam tugas sarjana ini.

3.2 Peredam pada Sambungan Bus

Salah satu komponen kunci pada bus tempel tipe pendorong (pusher) adalah

sambungan bus. Sambungan ini memegang peranan penting dalam

mengendalikan gerak bus tempel, terutama ketika berbelok. Sambungan ini harus

mengakomodasi gerakan nodding dan bending. Sedangkan gerakan twisting

diteruskan antara badan depan (header) dan badan belakang (pusher).

17

Gambar 3.5 Kondisi ekstrim sambungan saat bus tipe pendorong dioperasikan

(a) nodding, (b) twisting, (c) bending

Pada tugas sarjana ini yang akan dijadikan dasar dalam analisis adalah

peredam buatan ATG Autotechnic (pabrikan Jerman) yaitu Limbo II Pusher

tetapi koefisien redamannya diasumsikan konstan.

Gambar 3.6 Konstruksi sambungan bus tempel ATG, Limbo II Pusher 350

Sambungan ini ditempatkan di antara badan bus depan dan belakang.

Sambungan ini dihubungkan ke badan bus depan dan belakang dengan

sambungan baut. Sambungan yang mengakomodasi nodding dan bending

berbentuk pin. Pada gerakan bending terdapat peredam linier yang meredam

gerakan putar pada sambungan ketika bus berbelok. Saluran fluida pada peredam

dihubungan ke katup peredam yang berguna untuk mengatur besarnya koefisien

redaman peredam linier. Digunakan dua buah damper translasi identik yang

18

memiliki koefisien redaman total CT (Nm/rads-1). Jarak damper terhadap sumbu

putar turn table sebesar e.

Gambar 3.7 Skema peredam pada sambungan (kiri) dan

arah gaya pada sambungan (kanan)

Berdasarkan gambar 3.7 besar torsi redaman dan gaya redaman yang bekerja pada

unit depan:

( )11 γβ &+= uCT TT (3.1)

( )11 γβ &+=→= ue

CFe

TF TTy

TT (3.2)

3.3 Perkiraan Berat dan Letak Titik Berat Bus

Titik berat kendaraan adalah parameter penting dalam analisis dinamik

kendaraan. Dalam tugas sarjana ini, titik berat unit depan dan unit belakang dicari

dengan melakukan simulasi perhitungan berat dan lokasi komponen-komponen

pada unit depan dan unit belakang.

Berat lantai, side truss, dan atap diperkirakan berdasarkan berat bus standar

dikalikan rasio panjang bus tempel terhadap bus standar. Tabel 3.3 menunjukkan

berat ketiga komponen tersebut pada bus standar yang memiliki panjang 12 m.

Tabel 3.3 Berat Lantai, Side Truss, dan Atap pada Bus Standar yang Memiliki Panjang 12 m (Alain Dulac, 2000)

Rangka Berat (kg) Lantai baja 740 Side truss baja 462 Atap baja 584

19

Berat chassis diperkirakan berdasarkan hasil kali luas penampang chassis,

panjang total, dan massa jenis baja. Berat komponen-komponen lainnya

diperkirakan berdasarkan data berat pada brosur hasil penelusuran internet.

Gambar 3.8 Penampang chassis

Gambar 3.9 Layout chassis bus tempel empat gandar (atas) dan bus tempel tiga gandar

(bawah)

Setelah berat dan letak setiap komponen ditentukan selanjutnya letak titik

berat bus dihitung dengan menggunakan rumus:

∑

∑ ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛

=

ii

iii

x

mxx

(3.3)

20

Tabel 3.4 Berat dan Letak Titik Berat Bus Tempel Empat Gandar

Berat c.o.g. X c.o.g. X c.o.g. Z c.o.g. Z part total part total Berat Depan 103 kg m m m m Berat Gandar 1 0,850 2,600 0,400 Berat Gandar 2 1,050 8,500 0,400 Berat Steering 0,200 2,600 0,500 Berat Atap 0,489 5,000 3,000 Berat Truss Samping 0,387 5,000 1,460 Berat Lantai 0,620 5,000 0,860 Berat Chassis 1,331 5,000 0,510 Berat Kursi 0,185 4,250 1,360 Berat bellows 0,120 9,600 1,700 Sub total kosong 5,232 5,300 0,872 Berat Penumpang 2,849 4,250 1,460 Sub total penuh 8,081 4,930 1,079 Berat Belakang Berat Gandar 3 0,850 1,350 0,400 Berat Gandar 4 1,050 5,550 0,400 Berat Steering 0,200 1,350 0,500 Berat Atap 0,389 4,000 3,000 Berat Truss Samping 0,308 4,000 1,460 Berat Lantai 0,493 4,000 0,860 Berat Chassis 1,029 4,000 0,510 Berat Kursi 0,140 5,000 1,360 Berat Mesin dan Transmisi 1,300 7,400 1,000 Berat Fuel Tank 0,060 5,000 0,500 Berat Fuel Dalam Tank 0,378 5,000 0,500 Berat Gardan Shaft 0,175 5,750 0,600 Berat Turntable 0,500 0,000 0,550 Berat bellows 0,120 0,300 1,700 Sub Total 6,373 4,657 0,898 Berat Penumpang 2,156 5,000 1,460 Sub total penuh 8,529 4,744 1,040

Tabel 3.4 menunjukkan hasil perhitungan berat total dan letak titik berat bus tempel

empat gandar. Unit depan memiliki panjang 9,3 m dan unit belakang memiliki panjang

7,2 m. Hasil perhitungan berat total bus tempel empat gandar menunjukkan bahwa

berat unit depan (header) saat kosong adalah 5232 kg dan saat penuh adalah 8081

kg. Berat unit belakang (pusher) saat kosong adalah 6373 kg dan saat penuh

21

adalah 8529 kg. Hasil perhitungan letak titik berat bus tempel empat gandar

sebagai berikut:

o Saat kosong

mmmbmmmammmbmmma

893,0307,3200,4307,3350,1657,4200,3700,2900,5700,2600,2300,5

2

2

1

1

=−==−==−==−=

o Saat penuh

mmmbmmmammmbmmma

806,0394,3200,4394,3350.1744,4570,3330,2900,5330,2600,2930,4

2

2

1

1

=−==−==−==−=

Pada bus tempel tiga gandar ada sedikit perbedaan dalam perhitungannya. Pada bus

tempel empat gandar berat unit belakang ditumpu oleh gandar nomor 3 dan nomor 4

sedangkan pada bus tempel tiga gandar berat unit belakang (pusher) ditumpu oleh gandar

nomor 3 dan sambungan nodding pada sambungan belok. Hal ini menyebabkan perubahan

distribusi berat pada unit belakang mempengaruhi distribusi berat pada unit depan.

Gambar 3.10 Gaya reaksi tumpuan pada bus tempel tiga gandar unit depan (atas) dan unit

belakang (bawah)

22

Tabel 3.5 Berat dan Letak Titik Berat Bus Tempel Tiga Gandar

Berat c.o.g. X c.o.g. X c.o.g. Z c.o.g. Z part total part total Berat Depan 103 kg m m m m Berat Gandar 1 0,850 2,600 0,400 Berat Gandar 2 0,850 8,500 0,400 Berat Steering 0,200 2,600 0,500 Berat Atap 0,489 5,000 3,000 Berat Truss Samping 0,387 5,000 1,460 Berat Lantai 0,620 5,000 0,860 Berat Chassis 1,331 5,000 0,510 Berat Kursi 0,185 4,250 1,360 Berat bellows 0,120 9,600 1,700 Berat tumpuan joint kosong 0,258 9,900 0,550 Sub total kosong 5,290 4,920 0,981 Berat Penumpang 2,849 4,250 1,460 Berat tumpuan joint penuh 0,019 9,900 0,550 Sub total penuh 8,157 4,697 1,148 Berat Belakang Berat Gandar 3 1,050 4,500 0,400 Berat Atap 0,389 4,000 3,000 Berat Truss Samping 0,308 4,000 1,460 Berat Lantai 0,493 4,000 0,860 Berat Chassis 1,029 4,000 0,510 Berat Kursi 0,140 5,000 1,360 Berat Mesin dan Transmisi 1,300 7,300 1,000 Berat Fuel Tank 0,060 2,000 0,500 Berat Fuel Dalam Tank 0,378 2,000 0,500 Berat Gardan Shaft 0,175 5,000 0,600 Berat turntable 0,500 0,000 0,550 Berat bellows 0,120 0,300 1,700 Sub Total 5,943 4,305 0,962 Berat Penumpang 2,156 5,000 1,460 Sub total penuh 8,099 4,490 1,095

Tabel 3.5 menunjukkan hasil perhitungan berat total dan letak titik berat bus tempel

tiga gandar. Unit depan memiliki panjang 9,3 m dan unit belakang memiliki panjang 7,2

m. Hasil perhitungan berat total bus tempel tiga gandar menunjukkan bahwa berat

unit depan (header) saat kosong adalah 5290 kg dan saat penuh adalah 8157 kg.

Berat unit belakang (pusher) saat kosong adalah 5943 kg dan saat penuh adalah

8099 kg. Letak titik berat bus tempel tiga gandar sebagai berikut:

23

o Saat kosong

mmmbmmmammmbmmma

205,1955,2200,4955,2350,1305,4578,3322,2900,5322,2600,2922,4

2

2

1

1

=−==−==−==−=

o Saat penuh

mmmbmmmammmbmmma

060,1140,3200,4140,3350,1490,4818,3082,2900,5082,2600,2682,4

2

2

1

1

=−==−==−==−=

3.4 Perhitungan Gaya Reaksi Pada Gandar

Gambar 3.11 Letak titik berat pada bus tempel empat gandar (atas) dan

bus tempel tiga gandar (bawah)

Besar gaya reaksi tumpuan dihitung dengan rumus kesetimbangan momen

terhadap salah satu titik kontak roda dan jalan. Melalui perhitungan sebelumnya

berat bus dan panjang a dan b telah diketahui sehingga terbentuk satu persamaan

yang hanya memiliki satu variabel tidak diketahui. Hasil perhitungan besar gaya

reaksi jalan sebagai berikut:

o Pada bus empat gandar kondisi kosong

( )

( )

( )

( ) kgmmkg

baaWF

kgmmkg

babWF

kgmmkg

baaWF

kgmmkg

babWF

blkgZ

blkgZ

dpnZ

dpnZ

49226200,4307,38081

13292200,4893,08081

23448900,5700,25232

27837900,5200,35232

22

24

22

23

11

12

11

11

=⋅=+

⋅=

=⋅=+

⋅=

=⋅=+

⋅=

=⋅=+

⋅=

24

o Pada bus empat gandar kondisi penuh

( )

( )

( )

( ) kgmmkg

baa

WF

kgmmkg

babWF

kgmmkg

baaWF

kgmmkg

babWF

blkgZ

blkgZ

dpnZ

dpnZ

67612200,4394,38529

16056200,4806,08529

31306900,5330,26373

47967900,5570,36373

22

24

22

23

11

12

11

11

=⋅=+

⋅=

=⋅=+

⋅=

=⋅=+

⋅=

=⋅=+

⋅=

o Pada bus tiga gandar kondisi kosong

( )

( )

( ) kgmmkg

baaWF

kgmmkg

baa

WF

kgmmkg

babWF

blkgZ

dpnZ

dpnZ

55774500,4305,45943

20424900,5322,25290

31471900,5578,35290

22

24

11

12

11

11

=⋅=+

⋅=

=⋅=+

⋅=

=⋅=+

⋅=

o Pada bus tiga gandar kondisi penuh

( )

( )

( ) kgmmkg

baaWF

kgmmkg

baa

WF

kgmmkg

babWF

blkgZ

dpnZ

dpnZ

79275500,4490,48099

28238900,5082,28157

51783900,5818,38157

22

24

11

12

11

11

=⋅=+

⋅=

=⋅=+

⋅=

=⋅=+

⋅=

25

3.5 Perumusan Korelasi Sudut

3.5.1 Bus Tempel Empat Gandar

Gambar 3.12 Korelasi sudut bus tempel empat gandar

Melalui gambar geometri Ackerman dapat diturunkan hubungan antara

sudut stir dan sudut belok.

26

Perbedaan antara sudut stir dalam dan sudut stir luar diabaikan sehingga

Hubungan antara sudut stir dan sudut belok sebagai berikut

( )

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

+⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅=+=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=

⋅+=

+=→=→=

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅=→

⋅=

+=→

+=

−−

−

−

ab

bdc

ab

ab

bdc

bdc

LdcbL

Lb

ab

ab

tL

btL

a

CC

C

BB

111121

112

12

11

111

111

tantansin

tantan

tantansin

sinsin

sinsin

tantan

tan

2

tan

2

tan

δδααα

δα

αα

αα

δα

δαδ

Sudut stir unit belakang sebagai fungsi sudut stir unit depan

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+=

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+=

+=+→

+

+=

=+→+

=

−−−

−−

ab

bdc

dcd

ab

bdc

dcd

dcd

dctLtL

dc

dtLtL

d

E

E

E

E

11112

1112

22

22

22

tantansinsintantan

tantansinsintantan

tantan

tan22

tan

tan22

tan

δδ

δδ

αδ

αα

δδ

Dengan asumsi sudut kecil, hubungan antara sudut stir dan sudut belok

sebagai berikut

( )dcba

ab

bdc

ab

++=+=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=

⋅=

121

12

11

δααα

δα

δα

Dengan asumsi sudut kecil, sudut stir unit belakang sebagai fungsi sudut stir

unit depan

ad 1

2δ

δ⋅

=

δδδ == oi

(3.4)

(3.5)

(3.6)

(3.7)

27

3.5.2 Bus Tempel Tiga Gandar

Gambar 3.13 Korelasi sudut bus tempel tiga gandar

Melalui gambar geometri Ackerman dapat diturunkan hubungan antara

sudut stir dan sudut belok.

28

Hubungan antara sudut stir dan sudut belok sebagai berikut

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅=+=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

⋅==→=

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⋅=→

⋅=

+=→

+=

−−

−

−

ab

bc

ab

ab

bc

bc

Lc

Lb

ab

ab

tL

btL

a

CC

BB

111121

112

121

111

111

tantansin

tantan

tantansin

sinsinsin

tantan

tan

2

tan

2

tan

δδααα

δα

ααα

δα

δαδ

Dengan asumsi sudut kecil, hubungan antara sudut stir dan sudut belok

sebagai berikut

( )cba

ab

bca

b

+=+=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

⋅=

121

12

11

δααα

δα

δα

(3.8)

(3.9)

29